Question

13．如圖所示的過(guò)程是目前直接利用太陽(yáng)能的研究熱點(diǎn)．人們把通過(guò)人工光化學(xué)手段合成燃料的過(guò)程叫做人工光合作用．
（1）在上圖構(gòu)想的物質(zhì)和能量循環(huán)中太陽(yáng)能最終轉(zhuǎn)化為熱能．
（2）人工光合作用的途徑之一就是在催化劑和光照條件下，將CO₂和H₂O轉(zhuǎn)化為CH₃OH，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CO₂（g）+4H₂O（g）$?_{光照}^{催化劑}$2CH₃OH（g）+3O₂（g）．
一定條件下，在2L密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，測(cè)得n（CH₃OH）隨時(shí)間的變化如下表所示：

時(shí)間/min	0	1	2	3	4	5	6
n（CH3OH）/mol	0.000	0.040	0.070	0.090	0.100	0.100	0.100

①用CH₃OH表示0～3min內(nèi)該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為0.015mol•L^-1•min^-1．
②能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是ad．
a．v_正（H₂O）=2v_逆（CO₂）
b．n（CH₃OH）：n（O₂）=2：3
c．容器內(nèi)密度保持不變
d．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
（3）用人工光合作用得到的甲醇、氧氣和稀硫酸制作燃料電池，則甲醇應(yīng)通入該燃料電池的負(fù)極（填“正”或“負(fù)”），通入氧氣的一極的電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）光合作用下生成燃料，燃料燃燒釋放出能量；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
②達(dá)到平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、含量不變；
（3）該原電池中，通入甲醇的電極是負(fù)極、通入氧氣的電極是正極．

解答 解：（1）由據(jù)圖可知，太陽(yáng)能首先轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，其次化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，故答案為：熱；
（2）①0～3min內(nèi)甲醇的物質(zhì)的量變化0.090mol，則v=$\frac{\frac{0.09mol}{2L}}{3min}$=0.015mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.015mol•L^-1•min^-1；
②a．v_正（H₂O）=2v_逆（CO₂），可說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，生成物的物質(zhì)的量之比都等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，即n（CH₃OH）：n（O₂）=2：3，故b錯(cuò)誤；
c．因氣體的體積以及質(zhì)量不變，則容器內(nèi)密度保持不變，不能用于判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．反應(yīng)前后氣體的體積不等，容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，可說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確．
故答案為：ad；
（3）反應(yīng)中甲醇被氧化，應(yīng)為電池的負(fù)極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣被還原生成水，電極方程式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：負(fù)；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)反應(yīng)與能量變化、化學(xué)平衡的相關(guān)計(jì)算以及原電池知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，題目有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)習(xí)的積極性，注意相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的積累．